电气测试技术电动系仪表及功率的测量.pptx

一、电动系仪表的结构一、电动系仪表的结构1.结构结构 有两个线圈：有两个线圈：有两个线圈：有两个线圈：固定线圈和可固定线圈和可固定线圈和可固定线圈和可动线圈。动线圈。动线圈。动线圈。可动线圈与可动线圈与可动线圈与可动线圈与指针及空气阻尼指针及空气阻尼指针及空气阻尼指针及空气阻尼器的活塞都固定器的活塞都固定器的活塞都固定器的活塞都固定在轴上。在轴上。在轴上。在轴上。2.2.工作原理工作原理 固定线圈中的电流固定线圈中的电流 I1(i i1 1)磁场磁场 可动线圈中的电流可动线圈中的电流 I2(i i2 2)与磁场相互作用与磁场相互作用电磁电磁力力 F 线圈受到转矩线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，线圈和指针转动，用电动系测量机构测量直流用电动系测量机构测量直流电时，可动线圈受到的转动力矩电时，可动线圈受到的转动力矩M与通过两线圈的电流与通过两线圈的电流I、I的乘积成正比，即的乘积成正比，即 当转动力矩当转动力矩M与反作用力矩与反作用力矩Mf 相等时，即相等时，即MMf 时时 仪表指针的偏转角仪表指针的偏转角为为 仪表的转动转矩仪表的转动转矩通入直流时，通入直流时，M=k1I1I2通入交流时，通入交流时，M=k1I1I2cos i i1 1和和和和i i2 2的的有效值有效值i i1 1和和和和i i2 2之间之间的相位差的相位差结论结论:指针偏转的角度与两个电流指针偏转的角度与两个电流(对交流为有效值对交流为有效值)的乘积成正比。的乘积成正比。二二 电动系仪表的技术特点电动系仪表的技术特点 （1 1）准确度高（可达）准确度高（可达0.10.050.10.05级），交直流两级），交直流两用，还可测量非正弦；用，还可测量非正弦；（2 2）频率特性好；）频率特性好；（3 3）易受外磁场影响；）易受外磁场影响；（4 4）本身消耗功率大，电压表内阻较小；）本身消耗功率大，电压表内阻较小；（5 5）仪表的过载能力差；）仪表的过载能力差；（6 6）刻度不均匀；）刻度不均匀；（7 7）价格较高。）价格较高。电动系电流表电动系电流表 同磁电式仪表相同，电动式仪表的活动线圈也要用比较细同磁电式仪表相同，电动式仪表的活动线圈也要用比较细的导线绕制，动圈电流也是通过游丝导入，所以动圈允许通过的导线绕制，动圈电流也是通过游丝导入，所以动圈允许通过的电流不能太大。作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动的电流不能太大。作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电线圈串联，作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电流，故可动线圈只能与固定线圈并联。流，故可动线圈只能与固定线圈并联。测量测量0.5A电流时：电流时：I1=I2=I =KI2 量程大于量程大于0.5A时：设时：设 I1=k1I，I2=k2I，cos=k3则则小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联大量程电流表，固定线圈可大量程电流表，固定线圈可与可动线圈并联与可动线圈并联 电动式电压表电动式电压表 电动式电压表一般是把定圈和动圈串联以后再电动式电压表一般是把定圈和动圈串联以后再根据量程大小，串联不同的附加电阻。根据量程大小，串联不同的附加电阻。三三 单相电动系功率表单相电动系功率表D26-WD26-W型便携式单相功率表型便携式单相功率表(一一)单相功率表的结构和工作原理单相功率表的结构和工作原理1.1.结构结构静圈静圈(固定线圈固定线圈固定线圈固定线圈)：称为瓦特表的电流线圈称为瓦特表的电流线圈 匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。动圈动圈(可动线圈可动线圈可动线圈可动线圈)：称为瓦特表的电压线圈：称为瓦特表的电压线圈 匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。电动式瓦特表原理线路电动式瓦特表原理线路负载i1ii2+u-*R原理示意图原理示意图 2.2.工作原理工作原理 电动式瓦特表原理线路负载i1i1i2+u-*R 是电压支路的总电阻，即动圈电是电压支路的总电阻，即动圈电阻和附加电阻之和。阻和附加电阻之和。I2正比正比U，且，且可认为可认为i2与与u同相同相I(二二)单相电功率表的使用方法单相电功率表的使用方法1 1功率表的量程及其选择功率表的量程及其选择 电流量程电流量程I IN N 电压量程电压量程U UN N 功率量程功率量程P PN N D19-W.D19-W.型功率表的电流量程为型功率表的电流量程为5/10 A 5/10 A，电压量程为电压量程为150/300 V 150/300 V，其功率量程有其功率量程有:P1=5X150=750 W P2=10X150=1500 W 或或P2=5X300=1500 W P3=10X300=3 000 W有一感性负载，额定功率为有一感性负载，额定功率为400W，额定电，额定电压为压为220V,功率因数为功率因数为0.75。现用。现用D19-W.型功率表的电流量程为型功率表的电流量程为2.5/5 A，电压量程，电压量程为为150/300 V，去测量它实际消耗的功率，去测量它实际消耗的功率，试选择所用功率表的量程。试选择所用功率表的量程。解解:因为负载额定电压为因为负载额定电压为220V，应选功率表电压量程为，应选功率表电压量程为30000V负载额定电流为负载额定电流为I I=2.42 A故确定选用电流量程为故确定选用电流量程为2.5 A，电压量程为，电压量程为30000V，功率量，功率量程为程为30000*2.5=750 0W的的功率表。功率表。在使用功率表时，不仅要注意使被测功率不超过仪表的在使用功率表时，不仅要注意使被测功率不超过仪表的功率量程，通常还要用流表、电压表去监视被测电路的电流功率量程，通常还要用流表、电压表去监视被测电路的电流和电压，使之不超过功率表的电流量程和电压量程，确保仪和电压，使之不超过功率表的电流量程和电压量程，确保仪表安全可靠地运行。表安全可靠地运行。2 2正确接线正确接线1 1.电流线圈与负载串联电流线圈与负载串联2 2.电压线圈与负载并联电压线圈与负载并联3 3.两两线线圈圈端端同同接接高高电电位位端端（或或同同接接低低电电位端）位端）图（图（a）适用于负载阻抗远）适用于负载阻抗远大大于电流线圈阻抗，称为于电流线圈阻抗，称为 “瓦特表电压支路瓦特表电压支路前前接接”；图（图（b）适用于负载阻抗远）适用于负载阻抗远小小于电流线圈阻抗，称为于电流线圈阻抗，称为 “瓦特表电压支路瓦特表电压支路后后接接”。1 1）电压线圈前接法（负载电阻远大于电流线圈电阻）电压线圈前接法（负载电阻远大于电流线圈电阻）2 2）电压线圈后接法（负载电阻远小于电压线圈电阻）电压线圈后接法（负载电阻远小于电压线圈电阻）案例：用互感器扩大单相功率表量程案例：用互感器扩大单相功率表量程 如如果果被被测测电电路路功功率率大大于于功功率率表表量量程程，则则必必须须加加接接电电流流互互感感器器与与电电压压互互感感器器扩扩大大其其量量程程，其其电电路路如如下下图图所示。电路实际功率为所示。电路实际功率为 Pk1k2P1 用电流互感器和电压互感器扩大单相功率表量程用电流互感器和电压互感器扩大单相功率表量程 多量程多量程(量程的扩大量程的扩大)图图1 电流量程的扩大电流量程的扩大图图2 电压量程的扩大电压量程的扩大3 3正确操作正确操作1 1）换量程时应停电）换量程时应停电2 2）顺序测量）顺序测量3 3）反偏时的处理（电流端钮接线交换）反偏时的处理（电流端钮接线交换）4 4正确读数正确读数1 1）求分格常数）求分格常数2 2）读偏转指示格数）读偏转指示格数 D D3 3）计算实测功率）计算实测功率 P=CD 式中式中P为被测功率为被测功率,C为标尺的每格瓦数为标尺的每格瓦数,又称瓦特表又称瓦特表的功率常数。的功率常数。四四 低功率因数瓦特表低功率因数瓦特表 1.低功率因数功率测量的特殊问题低功率因数功率测量的特殊问题 在功率测量中常遇到被测电路功率因数很低的情况，从原理在功率测量中常遇到被测电路功率因数很低的情况，从原理上说，普通的电动式瓦特表也可以用于低功率因数电路的功率测上说，普通的电动式瓦特表也可以用于低功率因数电路的功率测量，但在实际上，存在以下问题：量，但在实际上，存在以下问题：（1）读数误差大；）读数误差大；（2）测量误差大；）测量误差大；（3）角误差大。）角误差大。所谓角误差是指在普通瓦特表电压支路中由于忽略了电压所谓角误差是指在普通瓦特表电压支路中由于忽略了电压线圈的感抗线圈的感抗,而认为电压支路中的电压与电流同相，这样所引起而认为电压支路中的电压与电流同相，这样所引起的误差称为角误差的误差称为角误差。2.2.普通的电动式瓦特表变低功率因数瓦特表办法普通的电动式瓦特表变低功率因数瓦特表办法1).结构上采用补偿结构上采用补偿 在低功率因数瓦特表中，采取了特殊措施来减小误差，下面在低功率因数瓦特表中，采取了特殊措施来减小误差，下面列举两种：列举两种：（1）采用补偿线圈的低功率因数瓦特表；）采用补偿线圈的低功率因数瓦特表；（2）采用补偿电容的低功率因数瓦特表。）采用补偿电容的低功率因数瓦特表。采用补偿线圈的低功率因数瓦特表采用补偿线圈的低功率因数瓦特表采用补偿电容的低功率因数瓦特表采用补偿电容的低功率因数瓦特表补偿线圈补偿电补偿电容容 2)重新刻度重新刻度 低功率因数瓦特表是在较低的额定功率因数（通常低功率因数瓦特表是在较低的额定功率因数（通常cosn=0.1或或cosn=0.2）的条件下刻度的。因此，其功率常数为：）的条件下刻度的。因此，其功率常数为：注意注意：cosn并非测量时负载的功率因数，而是在电流量限、电并非测量时负载的功率因数，而是在电流量限、电压量限下指针满刻度偏转时的功率因数。压量限下指针满刻度偏转时的功率因数。五五 三相有功功率的测量三相有功功率的测量一、用单相功率表测三相功率一、用单相功率表测三相功率 一表法一表法 适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。率，等于功率表读数的三倍。二表法二表法 适用于三相三线制，通过电流线圈的电流为线电适用于三相三线制，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。等于两表读数之和。共共C相法的相量图如何画相法的相量图如何画?P P1 1=U UAB AB I IA A coscos =U Ul l I Il l cos(30+cos(30+)P P2 2=U UCB CB I IC C cos cos =U Ul l I Il l cos(30-cos(30-)P P P P =P P P P1 1 1 1+P P P P2 2 2 2 =U U U Ul l l l I I I Il l l l cos(30 cos(30 cos(30 cos(30 )+U U U Ul l l l I I I Il l l l cos cos cos cos(30+(30+(30+(30+)1)1)1)1)=0 =0 =0 =0 P P P P1 1 1 1=P P P P2 2 2 22)2)2)2)=+30=+30=+30=+30 或或或或-30 -30 -30 -30 P P P P1 1 1 1=2=2=2=2P P P P2 2 2 2 或或或或P P P P1 1 1 1=1/2=1/2=1/2=1/2P P P P2 2 2 23)3)3)3)=+60=+60=+60=+60 或或或或-60-60-60-60 P P P P1 1 1 1=0=0=0=0或或或或P P P P2 2 2 24)4)4)4)当当当当 60 60 60 60 60 60 60时，时，时，时，P P P P1 1 1 1为正值，为正值，为正值，为正值，P P P P2 2 2 2为负值，为负值，为负值，为负值，P P P P=P P P P1 1 1 1 P P P P2 2 2 23030 功率表达式功率表达式1.负载对称并为阻性时，两表读数相等。负载对称并为阻性时，两表读数相等。2.负载对称且功率因数为负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为，有一只功率表读数为0。3.负载对称且功率因数小于负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负，一只功率表读数为负值。值。在三相三线制电路中在三相三线制电路中,广泛采用两功率表广泛采用两功率表来测量三相功率。来测量三相功率。证明证明:三相瞬时功率三相瞬时功率三相瞬时功率三相瞬时功率p=pA+pB+pC =uA iA+uB iB+uC iC 因为因为因为因为，iA+iB+iC=0 所以所以所以所以 p=uA iA+uB iB+uC(iA iB)iC =(uA uC)iA+(uB uC)iB =uAC iA+uBC iB =p1+p2 实际应用实际应用 实用中，常用一个三相功率表（二元功率实用中，常用一个三相功率表（二元功率实用中，常用一个三相功率表（二元功率实用中，常用一个三相功率表（二元功率表）代替两个单相功率表来测量功率，表）代替两个单相功率表来测量功率，表）代替两个单相功率表来测量功率，表）代替两个单相功率表来测量功率，*ABC 三相功率表的连接图三相功率表的连接图 将两只或三只或将两只或三只或单相功率表的可动线单相功率表的可动线圈装在一个公共转轴圈装在一个公共转轴上即组成两元件或三上即组成两元件或三元件的三相功率表，元件的三相功率表，分别用于三相三线制分别用于三相三线制与三相四线制。其公与三相四线制。其公共转轴的转矩直接反共转轴的转矩直接反映三相总功率，因此映三相总功率，因此可从标尺上直接读出可从标尺上直接读出三相功率。三相功率。两元件三相两元件三相功率表结构功率表结构三表法三表法 适用于三相四线制，电压、负载不对称的适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即系统，被测三相总功率为三表读数之和，即六六 三相无功功率的测量三相无功功率的测量三相无功功率的测量思路三相无功功率的测量思路 有有功功功功率率表表通通过过改改变变接接线线和和重重新新刻刻度度等就变为无功功率表（跨相接线法）等就变为无功功率表（跨相接线法）跨跨相相9090无无功功功功率率表表(改改变变接接线线并并重重新新刻度刻度)三相电路无功功率测量方法三相电路无功功率测量方法一表跨相法一表跨相法 Q=只适用于三相电路完全对称的情况只适用于三相电路完全对称的情况 两表跨相法两表跨相法 三表跨相法三表跨相法七七 电动系比率表的一般原理电动系比率表的一般原理 电动系相位表电动系相位表